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滨河污水处理厂出水氯与紫外消毒对比试验研究 邹启贤 深圳市水务 集团 有限公司， 广东 深圳 518000 摘要 选择氯和紫外消毒技术对深圳滨河污水处理厂二级出水进行中试研究， 比较了氯、 紫外消毒技术的消毒效果、 持 续杀毒能力、 消毒安全性、 消毒成本和受水质量参数影响程度五方面内容并得到相应的数据以进行横向对比。据试验 结果和该污水处理厂工程实际情况， 推荐采用紫外污水消毒工艺。 关键词 氯消毒;紫外消毒;生物毒性 PILOT STUDY OF THE CHLORINE AND ULTRAVIOLET DISINFECTION OF SECONDARY EFFLUENT FROM BINHE WWTP Zou Qixian Shenzhen Water GroupCo． ， Ltd， Shenzhen 518000，China AbstractA pilot test was conducted at Binhe Wastewater Treatment Plant WWTPin Shenzhen City， to investigate the present and persistent disinfection effeciency， safe reliability and cost by using chlorine and ultraviolet as disinfectant to treat the secondary effluent from Binhe WWTP， respectively． According to the test results and the actual conditions of the project， the ultraviolet disinfection process was selected for WWTP in Shenzhen． Keywordschlorine disinfection; ultraviolet disinfection;bio-toxicity 0引言 由于污水中常携带有大量的致病微生物， 为了防 止因人畜与污水受纳水体或回用水接触而爆发大规 模传染病， 需对污水进行消毒处理。GB 189182002 城镇污水处理厂污染物排放标准 对城市污水处理 厂出水中的粪大肠菌群数量提出了限制。为满足新 国家标准要求， 保护深圳市内污水处理厂出水的受纳 水体， 在深圳市内各污水处理厂推广消毒技术成为当 务之急。 而目前包括深圳市在内的国内城市污水消毒正 处于起步阶段。在设计上， 早期建成的大部分污水处 理厂 如深圳市滨河污水处理厂 ， 采用技术较为成 熟的氯消毒工艺; 20 世纪 90 年代后期， 部分新建成 的污水处理厂采用了紫外消毒。在实际建设和运行 中， 部分污水处理厂由于资金的原因， 并没有投资建 设消毒单元; 部分城市污水处理厂建了消毒单元， 但 从运行成本、 安全等因素考虑， 也没有运行。因此国 内对城市污水消毒技术的认识基本停留在了解掌握 国外消毒技术应用情况及国内相关小试数据报道上， 而对实际运行数据的积累很少。为了给深圳地区的 污水处理厂出水消毒技术选型提供依据， 本文选用目 前技术成熟、 成本较低的氯和紫外消毒技术对深圳滨 河污水处理厂二级出水展开对比试验， 以探讨氯、 紫 外消毒技术的消毒效果、 消毒安全性和消毒成本。 1试验方法 1. 1试验水样 历史运行数据表明， 滨河污水处理厂一期工程出 水具有很好的代表性， 其主要水质指标基本满足国家 GB 189182002 一级 B 标准的要求 除粪大肠菌群 数和氨氮外 ， 因此选择滨河污水处理厂一期出水作 为二级出水试验用水。试验期间滨河污水处理厂一 期工程出水水质如表 1 所示。 1. 2试验流程与方法 氯消毒中试试验规模为 2 ～ 4 m3/h， 加氯接触池 接触时间为 30 ～ 60 min。氯消毒流程如图 1 所示， 将 滨河厂一期出水提升至加氯接触池， 调整接触池进水 阀门使接触池停留时间为所需接触时间， 取样检测加 药计量泵出液口的有效氯浓度， 根据该浓度调整计量 84 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 表 1试验期间滨河厂出水水质情况 ρ COD/ mgL － 1 ρ NH3-N/ mgL － 1 ρ BOD5/ mgL － 1 ρ TN/ mgL － 1 ρ SS/ mgL － 1 ρ TP/ mgL － 1 总大肠菌群 / MPNL － 1 粪大肠菌群 / MPNL － 1 紫外透光率 / pH 25 ～ 4510 ～ 206 ～ 1015 ～ 308 ～ 200. 5 ～ 1. 51. 1 107～ 2. 7 1075. 1 105～ 7. 4 10665 ～ 746. 8 ～ 7. 3 图 1氯消毒中试试验流程 泵流量为所需投加剂量， 待设备运行稳定后检测加氯 接触池出水余氯， 然后向溶液中投加略过量的亚硫酸 钠以终止消毒反应， 取样测定粪大肠菌群、 三卤甲烷 THMs 、 卤乙酸 HAAs 、 生物毒性等指标。 紫外消毒试验流程见图 2， 规模为 20 ～ 80 m3/h， 设有可调出水堰用于控制试验流量。UV 装置采用 开放式渠道， 由两个串连水渠组成， 每个水渠内布置 一组可独立进行开、 关控制消毒的模块， 每组模块由 4 根低压高强灯组成。通过控制紫外模块的开关数 量、 紫外灯管的输入功率以及进水流量， 可以对紫外 光的照射剂量进行调节， 待运行稳定后取样检测消毒 前后污水的粪大肠菌群、 三卤甲烷 THMs 、 卤乙酸 HAAs 、 生物毒性等指标。 图 2紫外消毒中试试验流程 2试验结果 2. 1消毒效果 为了综合考虑接触时间和氯投加量这两个参数 对氯消毒效果的影响， 本文借鉴国外的做法， 引入消 毒剂量 CRT 值 单位minmg/L， CR值为接触时间 T 后的总余氯浓度值 的概念， 通过改变接触时间及加 药量， 得到消毒剂量 CRT 值与粪 /总大肠菌群灭活率 以 lg N0/Nt 表示， N0和 Nt为消毒前和消毒后的粪 大肠菌群 的对应关系见图 3。 图 3CRT 值与粪大肠菌群灭活率的相关性 图 3 表明， CRT 值与粪大肠菌群的灭活率具有较 好的相关性， 随着 CRT 值增大， 粪大肠菌群的灭活率 均呈上升趋势， 就本中试的效果而言， 粪大肠菌群达 到 3 个和 4 个数量级去除效果对应的 CRT 值分别为 70， 150 mgmin/L。 与氯消毒相同， 为了综合考虑照射时间和紫外照 射强度对消毒效果的影响， 本试验中考察了紫外照射 剂量 照射时间和照射强度的乘积 与紫外消毒效果 的关系， 结果如图 4 所示。图 4 表明， 粪大肠菌群的 灭活率随着照射剂量的逐渐增加而升高。照射剂量 为 0 ～ 30 mJ/cm2时， 粪大肠菌群的灭活率随照射剂 量的增加而快速升高; 照射剂量在 30 ～ 50 mJ/cm2 时， 升高速度变缓， 这可能由悬浮颗粒对粪大肠菌的 包裹作用引起的。 图 4UV 消毒剂量与粪大肠菌群灭活率的相关性 根据试验结果， 滨河厂出厂水粪大肠菌群达到 GB 189182002 消毒标准的消毒剂量， 见表 2。 表 2城市污水排放的消毒剂量 项目 粪大肠菌群 / MPNL － 1 氯消毒剂量 CRT 值 / mg min L － 1 紫外消毒剂 量 / mJ cm － 2 一级标准 A 标准1 00075 ～ 12020 ～ 35 B 标准10 000 30 ～ 6015 ～ 25 二级标准10 00030 ～ 6015 ～ 25 2. 2持续消毒能力 污水经过消毒后， 细菌并未被完全杀灭， 经过一 段时间后可自行修复并再生长， 这称为细菌复活和再 生长现象。为考察紫外和氯消毒的持续杀毒能力， 对 紫外消毒， 试验中取 3 个照射剂量进行试验， 将紫外 光处理过的水样置于可见光直接照射下 另加一对 照水样， 避光 ， 检测并记录24 h内水样中粪大肠菌群 94 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 数的变化， 其结果如图 5 所示; 对氯消毒， 通过投加脱 氯剂控制消毒后回用水 加氯量为3 mg/L， 接触时间 为30 min 中的余氯浓度， 检测并记录24 h内水样中 粪大肠菌群数的变化， 其结果如图 6 所示。 图 5紫外消毒后粪大肠菌群的复活和再生长 图 6氯消毒粪大肠菌群的复活和再生长 从图 5 可以看出 随着时间的推移， 3 个经过紫 外消毒的水样， 在可见光照射下粪大肠菌群数都逐渐 升高， 见 光 静 置 12 h 后 都 超 过 原 来 的 消 毒 目 标 10 000个 /L 和2 000个 /L ， 而避光保存的水样和经 大剂量消毒过的水样中粪大肠菌群数增长缓慢， 因此 紫外只能瞬时杀灭或者杀伤细菌， 没有持续消毒能 力， 但大剂量照射或者避光保存可延缓紫外消毒光复 活现象。图 6 表明， 当水中余氯≥0. 11 mg/L， 在 12 h 内尚可维持水中粪大肠菌群数不上升， 因此与紫外消 毒相比， 氯消毒具有良好的持续消毒能力。 2. 3消毒副产物与消毒安全性 2. 3. 1消毒副产物 在氯消毒试验过程中， 随加氯量的增加， 消毒后 水中总三卤甲烷 THMs 和卤乙酸 HAAS 呈上升趋 势， 但总生成浓度较小， 当加氯量为14 mg/L时， 生成 的 THMs 为4. 8 μg/L， HAAs 浓度为3. 3 μg/L， 低于 GB 189182002 中的规定值 300 μg/L ， 因此在所 需加氯剂量下， 消毒副产物产生量能满足国家标准 标准尚未规定 HAAs 的限值 。 在紫外 消 毒 试 验 过 程 中， 经 紫 外 消 毒 前 后 的 THMs 浓度基本保持不变， 且在各个水样中均未检出 HAAs， 因此在目前的检测水平下可以认为， 紫外消毒 不会产生消毒副产物。 2. 3. 2消毒安全性 为了反映污水中各种化学污染物综合污染和复 合毒性， 试验中测定了生物毒性这个综合毒性指标， 用于综合评判消毒所带来的安全隐患。本试验采用 北美和欧洲国家法律指定的有效评价方法 Microtox 发光细菌毒性测试法。 对氯消毒， 经相同剂量处理后具有不同剩余消毒 剂浓度 用亚硫酸钠脱除部分余氯 的水样对发光细 菌的发光抑制率， 以及经不同消毒剂量处理并完全脱 氯后的水样对发光细菌的发光抑制率分别如图 7 和 图 8 所示。从图 7 可以看出， 氯消毒产生的生物毒性 很大， 随着水中余氯浓度的升高， 其对发光细菌的发 光抑制率迅速升高， 当余氯达到0. 5 mg/L时， 对发光 细菌的发光抑制率已超过 50 ， 即重毒水平。从图 8 可以看出， 脱氯能够有效降低污水的生物毒性， 但污 水的生物毒性随消毒剂量的增大而增大。 图 7加氯浓度为3 mg/L时逐步脱氯时生物毒性变化 紫外消毒产生的生物毒性测定结果见表 3。 表 3 的测试结果表明 即使增大紫外剂量到较大 数值， 水样的生物毒性仍然没有变化， 因此可以认为 紫外消毒较为安全， 对受纳水体不存在生物毒性安全 隐患。 05 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 图 8不同加药量完全脱氯时生物毒性变化 表 3紫外消毒生物毒性测定结果 水样消毒前水水样 1水样 2水样 3 剂量 / mJcm － 2 02556137 毒性 /－ 1 － 1－ 11 2. 4水质参数对消毒效果的影响 由于污水处理厂的出水水质在一定范围内波动， 本试验考察了水质变化对消毒效果的影响。图 9 ～ 图 12 分别反映了氨氮、 pH 值、 有机物浓度和 SS 对氯 消毒效果的影响。对氯消毒， 随着污水中氨氮浓度的 升高， 氯与氨反应生成的氯氨浓度升高， 氯消毒效果 略为下降; 随着污水中有机物浓度的升高， 用于氧化 有机物的有效氯浓度增加， 氯消毒效果下降; 随着 pH 值的升高， HClO 所占的比率降低， 消毒效果下降; 随 着 SS 浓度的升高， 颗粒对微生物的屏蔽作用加强， 氯 消毒效果也下降。 图 9氨氮对氯消毒效果的影响 加氯量 4 mg/L 图 10有机物 AOC 对氯消毒效果的影响 图 13 ～ 图 14 分别反映了 SS 颗粒大小分布和透 光率对紫外消毒的影响。分析可得 对紫外消毒， 随 图 11pH 对氯消毒效果的影响 图 12SS 对氯消毒效果的影响 着颗粒尺寸的增大， 透光性降低， 同时颗粒对内部的 粪大肠菌群屏蔽作用增强， 因此消毒效果下降; 随着 色度的增加， 紫外透光率下降， 导致污水中平均紫外 光强减少， 从而影响了消毒效果。 图 13紫外光对含有不同粒径颗粒物水样中 粪大肠菌的杀灭效果 照射剂量 20 mJ/cm2 图 14透光率 色度 对紫外灭菌效果的影响 15 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 2. 5消毒运行成本测算 氯消毒运行成本主要为药剂费。根据中试试验 结果， 在滨河厂的水质情况下， 出水粪大肠菌群达到 10 000 个 /L 和 1 000 个 /L 的 运 行 成 本 分 别 约 为 0. 015， 0. 025 元 /m3; 如果考虑脱氯以降低氯消毒产 生的毒性， 则运行成本分别约为 0. 022， 0. 035 元 /m3。 对紫外消毒， 其运行成本主要为电耗和灯管更换费 用， 出水粪大肠菌群达到10 000个 /L 和1 000个 /L 的 运行成本分别约为 0. 020， 0. 035 元 /m3。因此， 如不 考虑脱氯， 氯消毒 液氯消毒 成本略低于紫外消毒; 如考虑脱氯， 则氯消毒与紫外消毒运行成本相当。 3结论与建议 基于在滨河厂进行的氯与紫外消毒中试试验， 可 以得出以下结论 1 在消毒效果上， 氯与紫外消毒均可将二级处 理污水厂出水中的粪大肠菌群杀灭至1 000个 /L 以 下， 即能满足 GB 189182002 的消毒标准。 2 在持续杀毒能力上， 紫外没有持续杀毒能力， 消毒出水经过可见光照射后， 粪大肠菌群的复活和再 生长现象比较明显; 而氯具有较好的持续杀毒能力， 当余氯控制在0. 11 mg/L以上时， 可以较长时间抑制 复活和再生长现象。 3 在消毒安全性上， 氯消毒产生三卤甲烷类有 机物 THMs 、 卤乙酸等消毒副产物， 且生物毒性较 大; 而紫外消毒基本不产生消毒副产物， 也不会产生 生物毒性。 4 在水质参数对消毒效果的影响上， 氯消毒效 果受氨氮、 pH 值、 有机物和 SS 浓度等水质参数的影 响较大; 色度、 浊度、 SS 浓度等都会影响水的透光率， 从而影响紫外消毒效果。 5 在运行成本上， 如果不考虑脱氯， 则氯消毒成 本略低于紫外消毒; 如果考虑脱氯， 则氯和紫外消毒 运行成本相当。 紫外消毒虽没有持续能力， 长距离输送存在粪大 肠菌群光复活和再生长现象， 但目前尚未发现有消毒 副产物产生， 是一种环境生态友好的消毒技术， 适用 于消毒出水现场排放的情况。考虑到我司乃至深圳 市大部分污水处理厂临河建设， 出水排放输送距离 短， 因此推荐使用紫外消毒， 以避免消毒在提高卫生 学指标的同时带来生态安全隐患。 参考文献 ［1］George Tchobanoglous， Franklin L Burton， H David Stensel． Wastewater engineering treatment and reuse fourth editionⅢ ［M］． 北京 清华大学出版社， 2003． ［2］Bryan RT． MicrosporidiosisasanAIDS-relatedopportunistic infection［J］． Clin Infect Dis， 1995， 21 1 62- 65． ［3］Cotte L，Rabodonirina M，Chapuis F，et al．Terborne outbreak ofintestinal microsporidiosis in persons with and without human immunodeficiency virus infection［J］． J Infect Dis，1999， 180 2003- 2008． ［4］Shadduck J A，Polley M B． Some factors influencing the invitro infectivityandreplicationofEncephalitozooncuniculi ［J］．J Protozool， 1978， 25 491- 496． 作者通信处邹启贤518000广东省深圳市深南中路 1019 号万德 大厦 406 E- mailzouqixian waterChina． com 2010 － 09 － 03 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 47 页 ratio in Fentons treatment of a carpet dyeing wastewater［J］． Hazard Mater， 2006， 136 3 763- 769． ［8］Kang S F，Liao C H，Chen M C． Pre-oxidation and coagulation of textile wastewater by the Fenton process ［J］． Chemosphere， 2002， 46 6 923- 928． ［9］Liakou S，Pavlou S，Lyberatos G． Ozonation of azo dyes［J］． Water Sci and Technol， 1997，35 4 279- 286． ［ 10］李宏． Fenton 高级氧化技术氧化降解多环芳烃类染料废水的研 究［D］． 重庆 重庆大学， 2007． ［ 11］Kobya M，Ciftci C，Bayramoglu M，et al． Study on the treatment of waste metal cutting fluids using electrocoagulation［J］． Sep Purif Technol，2008，60 3 285- 291． ［ 12］Yi Fenyun，Chen Shuixia，Yuan Chane． Effect of activated carbon fiber anode structure and electrolysis conditions on electrochemical degradation of dye wastewater ［J］． Journal of Hazardous Materials， 2008， 157 79- 87． ［ 13］Leonardo S Andrade，Thiago T Tasso，Diogo L da Silva，et al． On theperancesofleaddioxideandboron-dopeddiamond electrodes in the anodic oxidation of simulated wastewater containing the Reactive Orange 16 dye ［J］． Electrochimica Acta， 2009， 54 2024- 2030． 作者通信处付忠田110004辽宁省沈阳市东北大学 265 信箱 E- mailfuzhongtian mail． neu． edu． cn 2010 － 10 － 27 收稿 25 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期